DE69104344T2 - Process for the preparation of alkyl aromatic compounds with a solid catalyst. - Google Patents

Process for the preparation of alkyl aromatic compounds with a solid catalyst.

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Description

Alkylaromatische Verbindungen bilden wichtige Chemikalien, die als Zwischenprodukte bei vielen industriellen Anwendungen, wie beispielsweise für Polymermaterial, Weichmacher, Detergentien usw., benutzt werden können. Bisher erfolgte die Herstellung von alkylaromatischen Verbindungen durch Alkylierung einer aromatischen Verbindung mit einem Alkylierungsmittel in Gegenwart saurer Katalysatoren. Diese sauren Katalysatoren schließen Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure infolge ihrer relativ guten Aktivität für den beabsichtigten Zweck ein. Die Verwendung dieser flüssigen Säuren, wie Schwefelsäure oder Fluorwasserstoffsäure, hat jedoch inhärent einige Nachteile oder Probleme. Die oben genannten Säuren sind extrem korrodierender Natur und erfordern somit spezielle Handhabung und Einrichtungen infolge ihrer gefährlichen Natur. Außerdem könnte die Verwendung dieser Säuren auch einige Umweltprobleme einschließen, die sie begleiten. Daher wäre es bevorzugt, einen sichereren und einfacheren Katalysator, vorzugsweise in festem Zustand, in einem Festbettreaktor zu verwenden, um die erwünschten Verbindungen zu erzeugen. Die Verwendung eines einfacheren Verfahrens würde zu geringeren Kapitalkosten führen und daher den Erzeuger in die Lage versetzen, ein billigeres Produkt zu liefern.Alkyl aromatic compounds form important chemicals that can be used as intermediates in many industrial applications such as polymeric material, plasticizers, detergents, etc. To date, the preparation of alkyl aromatic compounds has been carried out by alkylating an aromatic compound with an alkylating agent in the presence of acid catalysts. These acid catalysts include sulfuric acid and hydrofluoric acid due to their relatively good activity for the intended purpose. However, the use of these liquid acids such as sulfuric acid or hydrofluoric acid has some inherent disadvantages or problems. The above acids are extremely corrosive in nature and thus require special handling and facilities due to their hazardous nature. In addition, the use of these acids could also involve some environmental problems accompanying them. Therefore, it would be preferable to use a safer and simpler catalyst, preferably in solid state, in a fixed bed reactor to produce the desired compounds. Using a simpler process would result in lower capital costs and therefore enable the producer to deliver a cheaper product.

Im Hinblick hierauf wurde nun gefunden, daß ein fester Alkylierungskatalysator verwendet werden kann, um die erwünschte Alkylierung zu bewirken und so ein Alkylaromatenprodukt zu erhalten, das gleiche Qualität wie jene Produkte hat, die man erhält, wenn man flüssigen sauren Katalysator benutzt, während man auch die Aktivität des Katalysators sowie die Selektivität des Produktes verbessert.In view of this, it has now been found that a solid alkylation catalyst can be used to effect the desired alkylation and thus obtain an alkyl aromatic product which has the same quality as those products obtained when using liquid acid catalyst, while also improving the activity of the catalyst and the selectivity of the product.

Frühere Patente beschrieben die Verwendung von festen Katalysatoren, die Tone umfassen, welche eine Metallkomponente enthalten. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift 4499 319 einen kationenausgetauschten geschichteten Ton, in welchem ein geschichteter Ton mit einer blättrigen Struktur mit einem Metallkation ionenausgetauscht wird. Der Katalysator wird dann durch Erhitzen in Luft auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 200 ºC aktiviert. Der Katalysator kann benutzt werden, um aromatische Verbindungen mit einem Alkylierungsmittel zu alkylieren, welches weniger als etwa 6 Kohlenstoffatome enthält. Die US-Patentschrift 4 749 808 verwendet auch einen mit Metallkationen ausgetauschten Ton, um einen Ester durch Umsetzung eines Olefins oder eines Olefinoxids mit einer Carbonsäure zu erzeugen. Die US-Patentschriften 3 849 597 und 4 605 806 benutzen beide mit Wasserstoffionen ausgetauschte geschichtete Tone als Katalysatoren zur Herstellung von Estern in ähnlicher Weise, wie in den oben aufgezählten Patenten ausgeführt ist.Previous patents have described the use of solid catalysts comprising clays containing a metal component. For example, U.S. Patent 4,499,319 describes a cation-exchanged layered clay in which a layered clay having a foliated structure is ion-exchanged with a metal cation. The catalyst is then activated by heating in air to a temperature in the range of 80 to 200°C. The catalyst can be used to alkylate aromatic compounds with an alkylating agent containing less than about 6 carbon atoms. U.S. Patent 4,749,808 also uses a metal cation-exchanged clay to produce an ester by reacting an olefin or an olefin oxide with a carboxylic acid. U.S. Patent Nos. 3,849,597 and 4,605,806 both use hydrogen ion exchanged layered clays as catalysts to produce esters in a similar manner to that set forth in the patents listed above.

Die US-Patentschrift 3 962 361 benutzt einen ionenausgetauschten synthetischen Saponitton für säurekatalysierte Reaktionen, in welchen der Ton mit einem Metallkation ionenausgetauscht und durch Erhitzen auf eine Temperatur geringer als 200 ºC aktiviert wird. Gleichermaßen beschreibt die US-Patentschrift 3 965 043 ähnlich einen ionenausgetauschten natürlichen Ton für die Verwendung bei der Alkylierung aromatischer Kohlenwasserstoffe ähnlich dem oben genannten Patent. Andere US-Patentschriften, die Alkylierungskatalysatoren beschreiben, welche fester Natur sind, schließen die US-Patentschriften 3 979 331, 4 046 826 und 4 075 1 26 ein. Diese Patentschriften beschreiben die Alkylierung von aromatischen Verbindungen mit einem synthetischen Ton, der kationenausgetauscht und aktiviert wurde.U.S. Patent 3,962,361 uses an ion-exchanged synthetic saponite clay for acid-catalyzed reactions in which the clay is ion-exchanged with a metal cation and activated by heating to a temperature less than 200 ºC. Likewise, U.S. Patent 3,965,043 similarly describes an ion-exchanged natural clay for use in the alkylation of aromatic hydrocarbons similar to the above-referenced patent. Other U.S. Patents describing alkylation catalysts which are solid in nature include U.S. Patents 3,979,331, 4,046,826 and 4,075,126. These patents describe the alkylation of aromatic compounds with a synthetic clay which has been cation-exchanged and activated.

Viele dieser älteren Patentschriften verwenden Tone, die einem Verfahren unterzogen wurden, bei dem ein Metallkation gegen die in dem Ton normalerweise vorhandenen Wasserstoffionen ausgetauscht wird. Der Katalysator der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Ton, der zusammen mit einer mehrwertigen Seltenen Erdmetallkomponente extrudiert wird, statt das Metallion darauf ausgetauscht zu haben. Dieser Katalysator besitzt ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Aktivität des Katalysators sowie bezüglich der Selektivität des Produktes, welches durch die Reaktion erhalten wird.Many of these prior patents use clays that have undergone a process in which a metal cation is exchanged for the hydrogen ions normally present in the clay. The catalyst of the present invention comprises a clay that is co-extruded with a multivalent rare earth metal component rather than having the metal ion exchanged thereon. This catalyst has excellent properties in terms of the activity of the catalyst as well as in terms of the selectivity of the product obtained by the reaction.

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung alkylaromatischer Verbindungen sowie einen Katalysator, der benutzt werden kann, um die erwünschte Umsetzung zu bewirken. Alkylaromatische Verbindungen können bei vielen und diversifizierten Industrieanwendungen benutzt werden. Beispielsweise ist einem der größeren Probleme, welches in Bevölkerungszentren in der ganzen Welt herrscht, die Entsorgung von kommunalem Abwasser, das darin gelöste Detergentien enthält. Solche Entsorgungsprobleme treten besonders da auf, wo die Detergentien verzweigtkettige alkylaromatische Verbindungen umfassen. Diese verzweigtkettigen Detergentien erzeugen beständige Schäume in hartem oder weichem Wasser in solch großen Mengen, daß der Schaum dazu neigt. Abwasserbehandlungsanlagen zu blockieren und die Bakterien zu zerstören, die für eine geeignete Abwasserbehandlung erforderlich sind. Diese unerwünschten Schäume findet man in vielen Flüssen, Strömen, Seen usw., welche eine Wasserzufuhr für die oben genannten Bevölkerungszentren liefern. Das Vorhandensein dieser unerwünschten Schäume beruht in vielen Fällen auf der Verwendung vor Detergentien, die nicht biologisch abbaubar sind und die nicht durch Bakterienwirkung auf sie zerlegt werden. Diese fehlende biologische Abbaubarkeit der Detergentien ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Alkylseitenkette des Moleküls in vielen Fällen stark verzweigt ist und daher nicht leicht durch Organismen angegriffen wird, die gewöhnlich die Moleküle zerstören würden. Im Gegensatz dazu erlaubt das Vorhandensein geradkettiger Alkylsubstituenten am Ring den Bakterien, auf die Alkylkette einzuwirken und die Detergentien zu zerstören, wodurch die Bildung von Schäumen minimiert wird, die sich dann nicht an der Oberfläche des Wassers oder in dem gesamten Wasser ansammeln.This invention relates to a process for producing alkyl aromatic compounds and a catalyst which can be used to effect the desired reaction. Alkyl aromatic compounds can be used in many and diversified industrial applications. For example, one of the major problems encountered in population centers throughout the world is the disposal of municipal waste water containing detergents dissolved therein. Such disposal problems are particularly prevalent where the detergents comprise branched chain alkyl aromatic compounds. These branched chain detergents produce persistent foams in hard or soft water in such large quantities that the foam tends to block waste water treatment facilities and destroy the bacteria required for proper waste water treatment. These undesirable foams are found in many rivers, streams, lakes, etc. which provide a water supply to the above-mentioned population centers. The presence of these undesirable foams is in many cases due to the use of detergents that are not biodegradable and are not broken down by the action of bacteria on them. This lack of biodegradability of detergents is due to the fact that the alkyl side chain of the molecule is in many cases highly branched and therefore not easily attacked by organisms that would normally destroy the molecules. In contrast, the presence of straight-chain alkyl substituents on the ring allows bacteria to act on the alkyl chain and destroy the detergents, minimizing the formation of foams that then do not accumulate on the surface of the water or throughout the water.

Durch Verwendung der katalytischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, geadkettige Alkylaryldetergentien infolge der ausgezeichneten Selektivitätseigenschaften des Katalysators, insbesondere in Bezug auf alpha-Olefine zur Gewinnung des erwünschten Alkylaromatenproduktes, zu erhalten. Wie nachfolgend weiter im einzelnen gezeigt werden wird, ist es möglich, ein Alkylierungsverfahren zu erhalten, in welchem die Aktivität des Katalysators während einer relativ langen Zeitdauer beibehalten wird und aus der Reaktion ein selektives Produkt erhalten wird, wenn man die spezielle katalytische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung benutzt.By using the catalytic composition of the present invention, it is possible to produce straight-chain alkylaryl detergents due to the excellent selectivity properties of the catalyst, particularly with respect to alpha-olefins, to obtain the desired alkyl aromatic product. As will be shown in more detail below, it is possible to obtain an alkylation process in which the activity of the catalyst is maintained for a relatively long period of time and a selective product is obtained from the reaction by using the specific catalytic composition of the present invention.

Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, eine neue katalytische Zusammensetzung zu bekommen, die verwendet werden kann, um eine Alkylierung aromatischer Verbindungen zu bewirken.It is therefore an object of this invention to provide a new catalytic composition which can be used to effect alkylation of aromatic compounds.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen katalytischen Zusammensetzung zu liefern und außerdem das erforderliche Verfahren zur Erzeugung einer alkylaromatischen Verbindung zu bekommen.Another object of this invention is to provide a process for preparing such a catalytic composition and also to provide the necessary process for producing an alkyl aromatic compound.

Die FR-A-2 371 961 beschreibt einen für die Dampfphasenumsetzung von Stickstoffoxiden mit Ammoniak unter Bildung von Stickstoff und Wasser geeigneten Katalysator, wobei der Katalysator ein Übergangsmetall (einschließlich beispielsweise Cer) auf einem Gemisch von Titanoxid und eines Tons umfaßt.FR-A-2 371 961 describes a catalyst suitable for the vapor phase reaction of nitrogen oxides with ammonia to form nitrogen and water, the catalyst comprising a transition metal (including, for example, cerium) on a mixture of titanium oxide and a clay.

Die EP-A-0 353 813 beschreibt ein Verfahren zur katalytischen Alkylierung von Benzol in Gegenwart eines Aluminium-Magnesiumsilikat-Katalysators.EP-A-0 353 813 describes a process for the catalytic alkylation of benzene in the presence of an aluminum-magnesium silicate catalyst.

Die GB-A-2 090 766 beschreibt einen porösen Wasserstoffbehandlungskatalysator, der ein Gemisch von Halloysit mit einem anderen Faserton (z. B. Attapulgit), gegebenenfalls mit einem Bindemittel (z. B. Aluminiumoxid) und gegebenenfalls mit einem Übergangsmetall, z. B. aus der Gruppe VIB oder VIII oder einem Seltenen Erdmetall, umfaßt.GB-A-2 090 766 describes a porous hydrotreating catalyst comprising a mixture of halloysite with another fibrous clay (e.g. attapulgite), optionally with a binder (e.g. alumina) and optionally with a transition metal, e.g. from Group VIB or VIII or a rare earth metal.

Eine Ausführungsform dieser Erfindung liefert eine Alkylierungskatalysatorzusammensetzung, die durch gemeinsames Extrudieren einer Tonkomponente mit 0,5 bis 10 Gew.-% wenigstens einer mehrwertigen Seltenen Erdmetallkomponente, Trocknen und Calcinieren des resultierenden Extrudates hergestellt wird. Der Ton ist Montmorillonit, Kaolin oder Bentonit, und er wird vor dem Extrudieren mit 5 bis 50 Gew.-% eines Aluminiumoxidbindemittels vermischt.One embodiment of this invention provides an alkylation catalyst composition prepared by co-extruding a clay component with 0.5 to 10 wt.% of at least one multivalent rare earth metal component, drying and calcining the resulting extrudate. The clay is montmorillonite, kaolin or bentonite, and is mixed with 5 to 50 wt.% of an alumina binder prior to extrusion.

Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorzusammensetzung, wie oben definiert, bei dem man eine das mehrwertige Seltene Erdmetall enthaltende wäßrige Lösung zu einem mit 5 bis 50 Gew.-% eines Aluminiumoxidbindemittels vermischten Tonteig zugibt, das resultierende Gemisch extrudiert und trocknet und das Gemisch calciniert.Another embodiment of this invention provides a process for preparing a catalyst composition as defined above which comprises adding an aqueous solution containing the polyvalent rare earth metal to a clay dough mixed with 5 to 50 wt.% of an alumina binder, extruding and drying the resulting mixture, and calcining the mixture.

Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung einer alkylaromatischen Verbindung, bei dem man eine aromatische Verbindung mit einem Alkylierungsmittel, das unter Olefinen, Alkylhalogeniden und Alkylalkoholen ausgewählt ist, in Gegenwart einer Katalysatorzusammensetzung, wie oben definiert, umsetzt.Another embodiment of this invention provides a process for preparing an alkyl aromatic compound which comprises reacting an aromatic compound with an alkylating agent selected from olefins, alkyl halides and alkyl alcohols in the presence of a catalyst composition as defined above.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Katalysator, der bei der Alkylierung aromatischer Verbindungen brauchbar ist, und insbesondere mit einer Katalysatorzusammensetzung, die ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Aktivität und Selektivität der akylaromatischen Verbindung, die während der Reaktion gebildet wird, besitzt. Außerdem befaßt sich die Erfindung auch mit einem Verfahren zur Herstellung einer alkylaromatischen Verbindung unter Verwendung des nachfolgend im einzelnen beschriebenen Katalysators.The present invention relates to a catalyst useful in the alkylation of aromatic compounds, and in particular to a catalyst composition having excellent properties with respect to the activity and selectivity of the alkyl aromatic compound formed during the reaction. In addition, the invention also relates to a process for producing an alkyl aromatic compound using the catalyst described in detail below.

Die katalytische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gemisch von Ton und Aluminiumoxidbindemittel und wenigstens eines mehrwertigen Seltenen Erdmetalles. Das Gemisch wird extrudiert, getrocknet und calciniert, um den erwünschten Katalysator zu bilden.The catalytic composition of the present invention comprises a mixture of clay and alumina binder and at least one multivalent rare earth metal. The mixture is extruded, dried and calcined to form the desired catalyst.

Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "mehrwertiges Seltenes Erdmetall" eines oder mehrere der fünfzehn Elemente der Gruppe III des Periodensystems der Elemente (IUPAC) mit den Atomzahlen 57 bis 71 einschließlich Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium und Gemische hiervon. Diese Elemente sind auch als "Lanthaniden" bekannt und werden typischerweise aus Monazit- und Bastnasitmineralien gewonnen. Die bevorzugten Elemente dieser Reihe sind Lanthan und Cer, wobei in den meisten Fällen Cer überlegene Leistung hat.As used herein, the term "polyvalent rare earth metal" means one or more of the fifteen elements of Group III of the Periodic Table of the Elements (IUPAC) with atomic numbers 57 through 71, including lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, and mixtures thereof. These elements are also known as "lanthanides" and are typically derived from monazite and bastnasite minerals. The preferred elements of this series are lanthanum and cerium, with cerium having superior performance in most cases.

Die oben erwähnten Metalle werden mit einem Ton vermischt, der unter Bentonit, Montmorillonit und Kaolin ausgewählt wird. Das mehrwertige Seltene Erdmetall oder Gemisch mehrwertiger Seltener Erdmetalle wird in der katalytischen Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% der katalytischen Zusammensetzung vorliegen.The above-mentioned metals are mixed with a clay selected from bentonite, montmorillonite and kaolin. The polyvalent rare earth metal or mixture of polyvalent rare earth metals will be present in the catalytic composition in an amount ranging from 0.5 to 10% by weight of the catalytic composition.

Die katalytische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem man eine wäßrige Lösung, die wenigstens ein mehrwertiges Seltenes Erdmetall enthält, mit einem Gemisch von Aluminiumoxid und Ton des oben im einzelnen beschriebenen Typs unter Bildung einer extrudierbaren teigartigen Masse vermischt. Einige repräsentative Beispiele wasserlöslicher Salze von Seltenen Erdmetallen sind die Acetate, Chloride, Nitrate, Sulfate und ähnliche Salze, wie Lanthanbromid, Lanthanchlorid, Lanthanacetat, Lanthannitrat, Cerbromid, Cernitrat usw. oder Gemische hiervon.The catalytic composition of the present invention can be prepared by mixing an aqueous solution containing at least one polyvalent rare earth metal with a mixture of alumina and clay of the type described in detail above to form an extrudable dough-like mass. Some representative examples of water-soluble salts of rare earth metals are the acetates, chlorides, nitrates, sulfates and similar salts such as lanthanum bromide, lanthanum chloride, lanthanum acetate, lanthanum nitrate, cerium bromide, cerium nitrate, etc., or mixtures thereof.

Die Masse wird extrudiert, um ein Extrudat vorbestimmter Form zu bekommen, welches in der Form von Pellets, Kugeln usw. vorliegen kann und welches dann einer Verdampfungs- oder Trocknungsstufe unterzogen wird, in welcher der wäßrige Anteil des löslichen Salzes entfernt wird, wobei diese Stufe bei Temperaturen im Bereich von Umgebungstemperatur (20 bis 25 ºC) bis 100 ºC durchgeführt wird. Nach der Trocknungsstufe wird dann der imprägnierte Ton einer Calcinierungsstufe unterzogen, in welcher die Zusammensetzung auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 800 ºC während einer Zeitdauer, die im Bereich von 1 bis 24 h liegen kann, erhitzt wird. Die Calcinierung der Zusammensetzung kann in einer Luftatmosphäre oder in einer 1 bis 20 % Wasserdampf enthaltenden Luftatmosphäre bewirkt werden.The mass is extruded to obtain an extrudate of predetermined shape, which may be in the form of pellets, spheres, etc., which is then subjected to an evaporation or drying step in which the aqueous portion of the soluble salt is removed, this step being carried out at temperatures ranging from ambient temperature (20 to 25 ºC) to 100 ºC. After the drying step, the impregnated clay is then subjected to a calcination step in which the composition is heated to a temperature in the range of 300 to 800 ºC for a period of time ranging from 1 to 24 hours. Calcination of the composition can be effected in an atmosphere of air or in an atmosphere of air containing 1 to 20% water vapor.

Der Ton wird mit 5 bis 50 Gew.-% eines Aluminiumoxidbindemittels vermischt. Dieses Gemisch wird dann mit der wäßrigen Lösung, die wenigstens ein mehrwertiges Seltenes Erdmetall enthält, unter Bildung einer extrudierbaren Masse behandelt, die dann durch ein geeignetes Mundstück extrudiert und danach Trocknungs- und Calcinierungsstufen ähnlich jenen, die in den obigen Absätzen beschrieben sind, unterzogen wird. Durch Extrudieren eines gewissermaßen imprägnierten Tones beginnt die Imprägnierung des Tones mit dem Vermischen der wäßrigen Lösung des Tons und setzt sich während des Extrudierens fort, um nach dem Trocknen und Calcinieren schließlich beendet zu sein. Es ist möglich, den erwünschten Alkylierungskatalysator in einer wirtschaftlicheren Weise herzustellen. Das Verfahren wird wirtschaftlicher gemacht, da es bei Herstellung des Katalysators in einer herkömmlichen Weise, wie durch Calcinieren eines Tons mit nachfolgender Imprägnierung, Trocknung und Calcinierung, möglich ist, eine Calcinierungsstufe und eine getrennte Imprägnierungsstufe auszuschalten. Daher wird eine billigere Anlage mit dem Ergebnis einer Einsparung von Kosten bei der Herstellung des erwünschten Katalysators verwendet.The clay is mixed with 5 to 50% by weight of an alumina binder. This mixture is then treated with the aqueous solution containing at least one polyvalent rare earth metal to form an extrudable mass which is then extruded through a suitable die and then subjected to drying and calcination steps similar to those described in the above paragraphs. By extruding a somewhat impregnated clay, the impregnation of the clay begins with the mixing of the aqueous solution of the clay and continues during extrusion to finally be completed after drying and calcination. It is possible to produce the desired alkylation catalyst in a more economical manner. The process is made more economical because, when preparing the catalyst in a conventional manner, such as by calcining a clay followed by impregnation, drying and calcination, it is possible to eliminate a calcination step and a separate impregnation step. Therefore, a cheaper plant is used with the result of saving costs in the production of the desired catalyst.

Die Alkylierung aromatischer Verbindungen unter Benutzung der katalytischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann in irgendeiner geeigneten Weise bewirkt werden, wobei man entweder ansatzweise oder kontinuierlich arbeitet. Die aromatischen Verbindungen, die mit einem Alkylierungsmittel behandelt werden, umfassen entweder monozyklische oder polyzyklische Verbindungen. Außerdem können die aromatischen Verbindungen auch Substituenten am Ring enthalten, wobei Beispiele der aromatischen Verbindungen Benzol, Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Ethylbenzol, Naphthalin, isomere Methylnaphthaline, isomere Ethylnaphthaline, Anthracen, Chrysen, Pyren usw. sind. Alkylierungsmittel, die als die zweite Komponente in dem Verfahren benutzt werden, umfassen Olefine, die 2 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, Alkylhalogenide, Alkohole usw. Einige spezielle Beispiele dieser Alkylierungsmittel sind Ethylen, Propylen, die isomeren Butene, Pentene, Hexene, Heptene, Octene, Nonene, Decene, Undecene, Dodecene, Tridecene, Tetradecene, Pentadecene, Hexadecene, Heptadecene, Octadecene, Nonadecene, Eicosene usw., Methylchlorid, Ethylchlorid, Propylchlorid, Butylchlorid, Hexylchlorid, Octylchlorid, Decylchlorid, Dodecylchlorid, Tetradecylchlorid, Methylbromid, Ethylbromid, Propylbromid, Butylbromid, Heptylbromid, Nonylbromid, Undecylbromid usw., Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec-Butylalkohol usw. Außerdem wird auch in Betracht gezogen, daß Gemische von Olefinen als Alkylierungsmittel verwendet werden können. Es ist zu verstehen, daß die oben erwähnten aromatischen Verbindungen und Alkylierungsmittel nur repräsentativ für die Verbindungstypen sind, die als Reaktionspartner in dem Alkylierungsverfahren verwendet werden können, und daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Verbindungen beschränkt ist.The alkylation of aromatic compounds using the catalytic composition of the present invention can be effected in any suitable manner, either batchwise or continuously. The aromatic compounds which are treated with an alkylating agent include either monocyclic or polycyclic compounds. In addition, the aromatic compounds can also contain substituents on the ring, examples of the aromatic compounds being benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, naphthalene, isomeric methylnaphthalenes, isomeric ethylnaphthalenes, anthracene, chrysene, pyrene, etc. Alkylating agents used as the second component in the process include olefins containing 2 to 20 carbon atoms, alkyl halides, alcohols, etc. Some specific examples of these alkylating agents are ethylene, propylene, the isomeric butenes, pentenes, hexenes, heptenes, octenes, nonenes, decenes, undecenes, dodecenes, tridecenes, tetradecenes, pentadecenes, hexadecenes, heptadecenes, octadecenes, nonadecenes, eicosenes, etc., methyl chloride, ethyl chloride, propyl chloride, butyl chloride, hexyl chloride, octyl chloride, decyl chloride, dodecyl chloride, tetradecyl chloride, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, butyl bromide, heptyl bromide, nonyl bromide, undecyl bromide, etc., methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, etc. It is also contemplated that mixtures of olefins may be used as alkylating agents. It is to be understood that the aromatic compounds and alkylating agents mentioned above are only representative of the types of compounds that can be used as reactants in the alkylation process and that the present invention is not limited to these compounds.

Die Alkylierungsreaktion kann ansatzweise durchgeführt werden, indem man die aromatische Verbindung und das Alkylierungsmittel in eine geeignete Apparatur, wie einen Dreh- oder Mischautoklaven, zusammen mit der katalytischen Zusammensetzung gibt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die alkylaromatische Verbindung in dem Reaktionsgemisch in einem Überschuß von Alkylierungsmitteln, vorzugsweise im Bereich von 2 : 1 bis 20 : 1 Mol aromatischer Verbindung je Mol Alkylierungsmittel vorhanden. Der Reaktor wird dicht verschlossen und auf die erwünschte Betriebstemperatur erhitzt, die im Bereich von 80 bis 200 ºC liegen kann. Um die Reaktion vorzugsweise in einer flüssigen Phase zu bewirken, wird außerdem unter Druck gesetzt um einen Betriebsdruck im Bereich von 200 bis 1000 psig (1482 bis 7000 kPa) aufrechtzuhalten. Der Betriebsdruck, der angewendet wird, kann durch die Einführung eines Inertgases, wie Stickstoff, Helium, Argon usw., erzeugt werden, wenn das Alkylierungsmittel in flüssiger Form vorliegt. Wenn umgekehrt das verwendete Alkylierungsmittel in gasförmiger Form vorliegt kann ein Teil des Betriebsdruckes durch den autogenen Druck des gasförmigen Alkylierungsmittels erzeugt werden, während der Rest durch das Vorhandensein eines Inertgases erzeugt wird. Nach Beendigung der Reaktionszeit, die im Bereich von 0,5 bis 4 h oder mehr liegen kann, wird das Erhitzen unterbrochen, und nachdem der Reaktor und sein Inhalt auf Raumtemperatur zurückgekehrt sind, wird Überdruck ausgeglichen, der Autoklav geöffnet und das Reaktionsgemisch daraus gewonnen. Die erwünschte alkylaromatische Verbindung kann dann von unumgesetzten Ausgangsmaterialien mit herkömmlichen Mitteln, wie durch fraktionierte Destillation, getrennt und gewonnen werden.The alkylation reaction can be carried out batchwise by adding the aromatic compound and alkylating agent to a suitable apparatus such as a rotary or mixing autoclave together with the catalytic composition. In the preferred embodiment of the invention, the alkyl aromatic compound is present in the reaction mixture in an excess of alkylating agent, preferably in the range of 2:1 to 20:1 moles of aromatic compound per mole of alkylating agent. The reactor is sealed and heated to the desired operating temperature, which may be in the range of 80° to 200°C. To effect the reaction preferably in a liquid phase, pressurization is also carried out to maintain an operating pressure in the range of 200 to 1000 psig (1482 to 7000 kPa). The operating pressure employed can be generated by the introduction of an inert gas such as nitrogen, helium, argon, etc., when the alkylating agent is in liquid form. Conversely, when the alkylating agent employed is in gaseous form, a portion of the operating pressure can be generated by the autogenous pressure of the gaseous alkylating agent, while the remainder is generated by the presence of an inert gas. After completion of the reaction time, which can range from 0.5 to 4 hours or more, heating is discontinued and after the reactor and its contents have returned to room temperature, excess pressure is relieved, the autoclave opened and the reaction mixture recovered therefrom. The desired alkylaromatic compound can then be separated and recovered from unreacted starting materials by conventional means such as fractional distillation.

Wenn die Alkylierungsreaktion der vorliegenden Erfindung in kontinuierlicher Weise bewirkt wird, wird eine Menge der katalytischen Zusammensetzung in einen Reaktor gegeben, der rohrförmige Gestalt haben kann. Der Reaktor wird auf die erwünschte Betriebstemperatur erhitzt und auf den erwünschten Betriebsdruck gebracht, wonach die Reaktionspartner, welche die aromatische Verbindung und das Alkylierungsmittel umfassen, kontinuierlich mit einer vorbestimmten stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit über das Katalysatorbett geführt werden. Nach dem Durchgang durch das Katalysatorbett während einer bestimmten Zeitdauer wird der Reaktorauslauf kontinuierlich abgezogen und herkömmlichen Trennmitteln unterzogen, wobei das erwünschte Alkylaromatenprodukt abgetrennt und gewonnen wird, während unumgesetzte Ausgangsmaterialien zu dem Reaktor zurückgeführt werden können, um einen Teil der Beschickung zu bilden.When the alkylation reaction of the present invention is effected in a continuous manner, an amount of the catalytic composition is charged to a reactor, which may be tubular in shape. The reactor is heated to the desired operating temperature and brought to the desired operating pressure, after which the reactants, comprising the aromatic compound and the alkylating agent, are continuously passed over the catalyst bed at a predetermined liquid hourly space velocity. After passing through the catalyst bed for a predetermined period of time, the reactor effluent is continuously withdrawn and subjected to conventional separation means whereby the desired alkyl aromatic product is separated and recovered, while unreacted starting materials may be recycled to the reactor to form part of the feed.

Sofern die katalytische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung fester Natur ist, können ve schiedene Typen von kontinuierlichem Betrieb verwendet werden. Beispielsweise kann der Katalysator in dem Reaktor als ein Festbett gehalten werden, während die aromatische Verbindung und das Alkylierungsmittel durch das Bett entweder im Aufwärts- oder im Abwärtsfluß geführt werden. Alternativ kann ein Bewegtbettbetrieb angewendet werden, bei welchem das Katalysatorbett und der Reaktionspartner durch den Reaktor entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander geführt werden. Gleichermaßen kann ein Schlammbetrieb verwendet werden, bei welchem der Katalysator als ein Schlamm in einem oder beiden der Reaktionspartner in den Reaktor getragen wird.If the catalytic composition of the present invention is solid in nature, various types of continuous operation can be used. For example, the catalyst may be maintained in the reactor as a fixed bed while the aromatic compound and alkylating agent are passed through the bed in either an upflow or a downflow. Alternatively, a moving bed operation may be employed in which the catalyst bed and reactant are passed through the reactor either cocurrently or countercurrently to each other. Similarly, a slurry operation may be employed in which the catalyst is carried into the reactor as a slurry in one or both of the reactants.

Die folgenden Beispiele dienen dem Zweck einer Erläuterung der neuen katalytischen Zusammensetzungen und des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.The following examples serve the purpose of illustrating the novel catalytic compositions and process of the present invention.

Beispiel I (Vergleichsbeispiel)Example I (comparative example)

Ein Katalysator nicht nach der vorliegenden Erfindung wurde hergestellt, indem 750 g eines im Handel als Filtrol 113 bekannten Tons, der ein Ton vom Montmorillonittyp ist, mit genügend einer wäßrigen Lösung von Cernitrat, um 2,8 % Cer auf dem fertigen Katalysator zu liefern, vermischt wurden. Die resultierende Paste oder der resultierende Teig wurde durch ein Mundstück extrudiert, um Extrudate von 0,8 mm (1/32 Inch) zu bilden. Nach dem Trocknen bei einer Temperatur von 90 ºC wurde das Extrudat in einer Luftatmosphäre, die 10 % Wasserdampf enthielt, während einer Zeitdauer von 2 h bei 600 ºC calciniert. Dieser Katalysator wurde mit A bezeichnet.A catalyst not according to the present invention was prepared by mixing 750 g of a clay known commercially as Filtrol 113, which is a montmorillonite type clay, with sufficient of an aqueous solution of cerium nitrate to provide 2.8% cerium on the finished catalyst. The resulting paste or dough was extruded through a die to form 0.8 mm (1/32 inch) extrudates. After drying at a temperature of 90°C, the extrudate was calcined in an air atmosphere containing 10% water vapor at 600°C for 2 hours. This catalyst was designated A.

Beispiel IIExample II

In ähnlicher Weise, wie im obigen Beispiel I ausgeführt, wurde ein Katalysator der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem ein Gemisch erzeugt wurde, welches 80 % eines im Handel als Filtrol 13 bekannten Tons mit 20 % Aluminiumoxid enthielt. Das Gemisch wurde mit genügend einer wäßrigen Lösung von Cernitrat behandelt, um eine 3 gew.-%ige Menge Cer in dem fertigen Katalysator zu ergeben. Der resultierende Teig wurde durch ein Mundstück extrudiert, um Extrudate von 0,8 mm (1/32 Inch) zu ergeben. Die Extrudate wurden getrocknet und in einer Luftatmosphäre, die 10 % Wasserdampf enthielt, während 2 h bei einer Temperatur von 600 ºC calciniert. Dieser Katalysator wurde mit B bezeichnet.In a similar manner as set forth in Example I above, a catalyst of the present invention was prepared by forming a mixture containing 80% of a clay known commercially as Filtrol 13 with 20% alumina. The mixture was treated with sufficient aqueous solution of cerium nitrate to give a 3% by weight amount of cerium in the finished catalyst. The resulting dough was extruded through a die to give 0.8 mm (1/32 inch) extrudates. The extrudates were dried and calcined in an air atmosphere containing 10% water vapor for 2 hours at a temperature of 600°C. This catalyst was designated B.

Beispiel III (Vergleichsbeispiel)Example III (comparative example)

Ein dritter Katalysator nicht nach der vorliegenden Erfindung wurde gewonnen, indem eine Teigmasse von Filtrol 113 unter Bildung von Extrudaten von 0,8 mm (1/32 Inch) extrudiert wurde, welche getrocknet und in einer Luftatmosphäre, die 10 % Wasserdampf enthielt, während einer Zeitdauer von 2 h bei 600 ºC calciniert wurden, und dieser Katalysator wurde als Katalysator C bezeichnet.A third catalyst not according to the present invention was prepared by extruding a dough of Filtrol 113 to form 0.8 mm (1/32 inch) extrudates which were dried and calcined in an air atmosphere containing 10% water vapor at 600°C for 2 hours and this catalyst was designated Catalyst C.

Beispiel IV (Vergleichsbeispiel)Example IV (comparative example)

Ein vierter Katalysator nicht nach der vorliegenden Erfindung wurde hergestellt, indem eine teigige Paste erzeugt wurde, die 80 % Filtrol 13 und 20 % Aluminiumoxid umfaßte. Die Paste wurde durch ein Mundstück unter Bildung von Extrudaten von 0,8 mm (1/32 Inch) extrudiert, und diese wurden dann in einer Luftatmosphäre, die 10 % Wasserdampf enthielt, während einer Zeitdauer von 2 h bei 600 ºC calciniert. Dieser Katalysator wurde als Katalysator D bezeichnet.A fourth catalyst not according to the present invention was prepared by producing a doughy paste comprising 80% Filtrol 13 and 20% alumina. The paste was extruded through a die to form 0.8 mm (1/32 inch) extrudates, which were then calcined in an air atmosphere containing 10% water vapor at 600 ºC for 2 hours. This catalyst was designated Catalyst D.

Beispiel VExample V

Die vier Katalysatoren wurden in einer Alkylierungsreaktion benutzt indem 25 cm³ eines jeden Katalysators in Röhrenreaktoren aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 12,7 mm (¹/&sub2; Inch) gegeben wurden. Eine Beschickung, die ein Gemisch von Benzol und eines Alkylierungsmittels, welches aus einem Gemisch von Olefinen mit einem Gehalt von 10 bis 14 Kohlenstoffatomen bestand, in einem Verhältnis von Benzol zu Olefin von 8 : 1 umfaßte, wurde dem Reaktor mit einer stündlichen Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit von 2,5 h&supmin;¹ zugeführt. Der Reaktor wurde auf einer Temperatur von 150 ºC unter einem Druck von 500 psig (3550 kPa) gehalten. Das Produkt, welches aus dem Reaktor gewonnen wurde, wurde analysiert, um den Prozentsatz der Olefinumwandlung, den Prozentsatz der Detergensalkylatselektivität und den Prozentsatz der Linearität zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Analysen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. Olfinumwandlung, % Detergensalkylatselektivität, Gew.-% Prozentuale LinearitätThe four catalysts were used in an alkylation reaction by placing 25 cc of each catalyst in 12.7 mm (1/2 inch) inside diameter stainless steel tubular reactors. A feed comprising a mixture of benzene and an alkylating agent consisting of a mixture of olefins containing 10 to 14 carbon atoms in a benzene to olefin ratio of 8:1 was fed to the reactor at a liquid hourly space velocity of 2.5 hr-1. The reactor was maintained at a temperature of 150°C under a pressure of 500 psig (3550 kPa). The product recovered from the reactor was analyzed to determine percent olefin conversion, percent detergent alkylate selectivity and percent linearity. The results of these analyses are summarized in the table below. Olfin Conversion, % Detergent Alkylate Selectivity, wt% Percent Linearity

Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, daß die Detergensalkylatselektivität, die als das Gewicht an Gesamtmonoalkylbenzolen, geteilt durch das Gesamtgewicht aller Produkte einschließlich Dialkylbenzolen, olefinischen Oligomeren und Monoalkylbenzolen, in allen Fällen größer ist, wo die Katalysatoren (Katalysator A und B) ein mehrwertiges Seltenes Erdmetall enthalten, im Vergleich mit den Katalysatoren, die das Metall nicht enthalten. Dies zeigt daher klar, daß die Gegenwart eines mehrwertigen Seltenen Erdmetalles mit dem Ton dazu führt, daß eine größere Menge eines erwünschten Produktes erhalten wird, welches ein Monoalkylbenzol umfaßt, das dann als ein Zwischenprodukt bei der Herstellung biologisch abbaubarer Detergentien benutzt werden kann. Katalysator A ist nicht ein Beispiel nach der Erfindung.From the above table it can be seen that the detergent alkylate selectivity, which is defined as the weight of total monoalkylbenzenes divided by the total weight of all products including dialkylbenzenes, olefinic oligomers and monoalkylbenzenes, is greater in all cases where the catalysts (Catalysts A and B) contain a polyvalent rare earth metal as compared to the catalysts not containing the metal. This therefore clearly shows that the presence of a polyvalent rare earth metal with the clay results in a greater amount of a desired product being obtained which comprises a monoalkylbenzene which can then be used as an intermediate in the manufacture of biodegradable detergents. Catalyst A is not an example of the invention.

Claims (9)

1. Alkylierungskatalysatorzusammensetzung hergestellt durch gemeinsames Extrudieren einer Tonkomponente und von 0,5 bis 10 Gew.-% wenigstens einer mehrwertigen Seltenen Erdmetallkomponente, Trocknen und Calcinieren des resultierenden Extrudates, wobei der Ton Montmorillonit, Kaolin oder Bentonit ist und vor dem Extrudieren mit 5 bis 50 Gew.-% eines Aluminiumoxidbindemittels vermischt wird.1. An alkylation catalyst composition prepared by co-extruding a clay component and from 0.5 to 10 wt.% of at least one multivalent rare earth metal component, drying and calcining the resulting extrudate, wherein the clay is montmorillonite, kaolin or bentonite and is mixed with 5 to 50 wt.% of an alumina binder prior to extrusion. 2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Seltene Erdmetall Lanthan oder Cer ist.2. Composition according to claim 1, characterized in that the polyvalent rare earth metal is lanthanum or cerium. 3. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man eine das mehrwertige Seltene Erdmetall enthaltende wäßrige Lösung zu einem Teig von mit 5 bis 50 Gew.-% eines Alumiumoxidbindemittels vermischtem Ton zugibt, das resultierende Gemisch extrudiert und das Gemisch trocknet und calciniert.3. A process for preparing a catalyst composition according to claim 1 or 2, which comprises adding an aqueous solution containing the polyvalent rare earth metal to a dough of clay mixed with 5 to 50% by weight of an alumina binder, extruding the resulting mixture, and drying and calcining the mixture. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bei einer Temperatur von 300 bis 800 ºC calciniert wird.4. Process according to claim 3, characterized in that the mixture is calcined at a temperature of 300 to 800 °C. 5. Verfahren zur Herstellung einer alkylaromatischen Verbindung unter Umsetzung einer aromatischen Verbindung mit einem unter Olefinen, Alkylhalogeniden und Alkylalkoholen ausgewählten Alkylierungsmittel in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2 ist.5. A process for preparing an alkylaromatic compound by reacting an aromatic compound with an alkylating agent selected from olefins, alkyl halides and alkyl alcohols in the presence of a catalyst, characterized in that the catalyst is a composition according to claim 1 or 2. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylierung bei einer Temperatur von 80 bis 450 ºC und einem Druck von 446 bis 13 900 kPa durchgeführt wird.6. Process according to claim 5, characterized in that the alkylation is carried out at a temperature of 80 to 450 °C and a pressure of 446 to 13,900 kPa. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung und das Alkylierungsmittel in einem Molverhältnis von aromatischer Verbindung zu Alkylierungsmittel im Bereich von 2 : 1 bis 20 : 1 verwendet werden.7. Process according to claim 5 or 6, characterized in that the aromatic compound and the alkylating agent are used in a molar ratio of aromatic compound to alkylating agent in the range of 2:1 to 20:1. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aromatische Verbindung Benzol ist.8. Process according to one of claims 5 to 7, characterized in that the aromatic compound is benzene. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylierungsmittel ein Gemisch von olefinischen Kohlenwasserstoffen mit 9 bis 15 Kohlenstoffatomen umfaßt.9. Process according to one of claims 5 to 8, characterized in that the alkylating agent comprises a mixture of olefinic hydrocarbons having 9 to 15 carbon atoms.
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